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Corona-Infektion

Corona-Verbreitung durch Aerosole: Welche Rolle die Atemluft bei der Covid-19-Übertragung spielt

Welche Rolle spielen Aerosole bei der Übertragung des Coronavirus? Dieses Thema wird in der Wissenschaft kontrovers diskutiert. Manche Experten halten Aerosole für nebensächlich - andere sind der Ansicht, Aerosole seien sogar der Hauptübertragungsweg. inFranken.de gibt Ihnen einen Überblick über die aktuelle Diskussion rund um Aerosole.
 
Die große Corona-Unbekannte: Welche Rolle spielen Aerosole?
Bei der Erforschung von Corona-Infektionswegen nehmen Wissenschaftler zunehmend sogenannte Aerosole unter die Lupe: Im Bild wird die Atemluft eines ausatmenden Mannes ohne Mundschutz bei einem Versuch der Universität der Bundeswehr München erfasst und farblich dargestellt. Foto: Christian Kähler/Universität der Bundeswehr München/dpa (Ausschnitt)

Ein Tropfen Schnodder sinkt schnell zu Boden, so viel ist klar. Doch das Coronavirus ist winzig und kann in Mini-Tröpfchen auch länger in der Luft stehenbleiben. Diese Aerosole rücken immer mehr in den Fokus der Forschung. Wie sinnvoll in diesem Zusammenhang das Tragen eines Mundschutzes wirklich ist - eine Studie klärt auf.

Bei der Erforschung von Corona-Infektionswegen nehmen Wissenschaftler zunehmend sogenannte Aerosole unter die Lupe. Damit wird ein Gemisch aus festen oder flüssigen Schwebeteilchen - wie Partikel von "Sars-CoV-2" - in der Luft bezeichnet. "Wir sind ziemlich sicher, dass Aerosole einer der Wege sind, über die sich "Covid-19" verbreitet", sagte der frühere Präsident der Internationalen Gesellschaft für Aerosole in der Medizin, Gerhard Scheuch, in Gemünden (Wohra) der Deutschen Presse-Agentur. Schmierinfektionen etwa spielten eine geringere Rolle. Diese Einschätzung könnte sich allerdings anhand einer neuen Studie nun geändert haben - doch die Expertenmeinungen gehen auseinander.

Update vom 04.08.2020: Spielen Aerosole bei der Übertragung von Covid-19 nur eine Nebenrolle?

Mitte Juli veröffentlichten Forscher um Michael Klompas von der "Harvard Medical School" eine Analyse, in der sie zu dem Schluss kommen, dass die Virusübertragung mittels Aerosolen nicht der dominante Weg der Verbreitung sein könne. Zum Beleg führen sie einen Vergleich an: Bei anderen Krankheiten wie Masern, von denen man weiß, dass sie über Aerosole verbreitet werden, stecke ein Infizierter viel mehr Personen an als bei "Sars-CoV-2". Die sogenannte Reproduktionszahl sei kleiner und eher mit der von üblichen Grippeviren vergleichbar.

Die Forscher mahnen an, auch andere mögliche Übertragungswege wie Schmierinfektionen nicht außer Acht zu lassen. Wenn Aerosole der Hauptübertragungsweg wären, so die Forscher, reichten Regeln wie zwei Meter Abstand oder die Maskenpflicht nicht aus, um Ansteckungen zu vermeiden.

Denn anders als dicke Tropfen Schnodder oder Speichel sinken die Mini-Teilchen nicht recht schnell zu Boden und sie durchdringen sogar medizinische Masken.

Aerosole: Kontroverses Thema - Aerosole sogar Hauptübertragungsweg?

Der frühere Präsident der "Internationalen Gesellschaft für Aerosole in der Medizin", Gerhard Scheuch, weist aber darauf hin, das gerade die sehr kleinen Teilchen von unter 5 Mikrometern stundenlang in der Luft schweben - und dann eingeatmet werden könnten. Nur in der Nase und in der Lunge befänden sich sogenannte "ACE2"-Rezeptoren, die es den Viren ermöglichen in menschliche Zellen einzudringen und sich zu vermehren, erläuterte Scheuch in Gemünden (Wohra) der Deutschen Presse-Agentur. "Durch anschließendes Niesen gelangen die Viren wieder in die Luft." Er zählt sich zu einer Reihe von Wissenschaftlern, die die Ansteckung über Aerosole sogar für den wichtigsten Infektionsweg halten.

Rund 240 Wissenschaftler hatten Anfang Juli ein Schreiben in einer Fachzeitschrift veröffentlicht, in dem sie Gesundheitsbehörden wie der "Weltgesundheitsorganisation (WHO)" vorwerfen, in ihren Empfehlungen das Ansteckungsrisiko durch Aerosole zu vernachlässigen. Die "WHO" reagierte erst zurückhaltend, ging wenige Tage später aber in einem Beitrag ausführlicher auf Virusübertragung via Aerosole ein.

Auch das in Deutschland zuständige Robert Koch-Institut hat seine Erläuterungen zur Corona-Ansteckungsgefahr inzwischen erweitert und hält unter anderem fest, dass der längere Aufenthalt in kleinen, schlecht oder nicht belüfteten Räumen die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung durch Aerosole auch über eine Distanz von mehr als zwei Metern erhöhen könne - vor allem wenn eine infektiöse Person besonders viele Aerosole ausstoße und andere besonders tief einatmen. "Durch die Anreicherung und Verteilung der Aerosole ist unter diesen Bedingungen das Einhalten des Mindestabstandes ggf. nicht mehr ausreichend."

Das Singen in geschlossenen Räumen könnte ein Beispiel dafür sein. Mehrere Fälle mit zahlreichen Infizierten in Chören sind schon dokumentiert worden. Auch Scheuch nutzt dieses Beispiel und erklärt, dass ein infizierter Sänger durch das Singen besonders viele Aerosole produziert: Weil er sehr tief einatmet, werde die Produktion in der Lunge erhöht.

Und durch die Vibration der Stimmbänder erfolge zusätzlich eine Aerosol-Produktion im oberen Bereich der Atemwege. "Alle anderen Sänger atmen ja auch sehr tief ein und bieten damit den Aerosol-Viren tolle Voraussetzungen ebenfalls tief in die Lunge eindringen zu können. Peng...", formuliert er es.

Auch eine Studie mehrerer Forschungsinstitute zu den Ursprüngen des ersten Corona-Ausbruchs beim Fleischfabrikanten Tönnies im Mai kommt zu dem Schluss, "dass die Bedingungen des Zerlegebetriebs – also die niedrige Temperatur, eine geringe Frischluftzufuhr und eine konstante Luftumwälzung durch die Klimaanlage in der Halle, zusammen mit anstrengender körperlicher Arbeit – die Aerosolübertragung von "Sars-CoV-2"-Partikeln über größere Entfernungen hinweg förderten".

Auch andere Übertragungswege als Aerosole müssen beachtet werden

Klompas und seine Kollegen wiederum merken an, dass sich Viren generell auch über Händeschütteln oder Türgriffe verbreiten könnten. "Die potenzielle Fähigkeit von Viren, sich in geschlossenen Umgebungen über mehrere Mechanismen weit und schnell unter eng stehenden Gruppen zu verbreiten, sollte nicht unterschätzt werden." Zudem sei es schwierig, im Nachhinein alle potenziellen Interaktionen von Personen zu bestimmen, die vor, während oder unmittelbar nach beispielsweise einer Chorprobe aufgetreten sein können.

Forscher aus der Schweiz kamen nach mathematischen Berechnungen zu dem Ergebnis, dass das geschätzte Infektionsrisiko einer Person mit typischer Viruslast, die normal atmet, gering sei. "Nur wenige Menschen mit sehr hoher Viruslast stellten ein Infektionsrisiko in einer schlecht belüfteten geschlossenen Umgebung dar".

Mehrere Untersuchungen sind auch dem Schutz durch Masken noch einmal auf dem Grund gegangen. Zwar könne es mehrere Gründe für den Rückgang von Infektionen geben und Studien nur zu Masken dürften kaum möglich sein, wie Forscher aus Massachusetts schreiben. Aber dennoch gehen alle davon aus, dass es beim Eindämmen der Pandemie hilft, Mund und Nase zu bedecken - mit Effekt sowohl beim Ein- und Ausatmen. Und selbst in den Ausführungen von Klompas heißt es, medizinische Masken böten wahrscheinlich "einen gewissen Schutz" gegen Aerosole.

Ursprüngliche Meldung: "Wir sind ziemlich sicher, dass Aerosole einer der Wege sind, über die sich Covid-19 verbreitet"

Es seien aber noch viele Fragen offen, so Scheuch - zum Beispiel, wie sich das Virus beim Sprechen verbreite oder welche Rolle die Temperatur spielt. "Da muss viel Forschungsarbeit gemacht werden», sagte er. "Aber es wird gerade immer mehr in die Richtung geforscht." Längst nicht geklärt ist demnach auch, wie infektiös getrocknete Aerosole sind.

Laut "Robert Koch-Institut (RKI)" erfolgt die Übertragung des neuartigen Virus hauptsächlich über Tröpfchen, die beim Husten und Niesen entstehen und beim Gegenüber über die Schleimhäute aufgenommen werden. Aerosole - definiert als Tröpfchenkerne kleiner als fünf Mikrometer - könnten aber ebenso dazu beitragen, "auch wenn eine abschließende Bewertung zum jetzigen Zeitpunkt schwierig ist".

Es gibt schon Studien, die sich mit der Verbreitung von Tropfen und Aerosolen in der Luft befassen. Allerdings kommen die zu teils unterschiedlichen Ergebnissen. So hat ein Team um Christian Kähler vom Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik an der Universität der Bundeswehr München mit einer Sängerin Experimente gemacht und kommt zu dem Schluss, dass die Luft beim Singen nur bis 0,5 Meter vor dem Mund in Bewegung versetzt wird - unabhängig etwa davon wie laut der Ton war. Als Tipp zum Selbertesten raten die Forscher, sich vor eine brennende Kerze zu stellen und zu schauen, wann die Flamme anfängt zu flackern, wenn man sich ihr beim Sprechen nähert.

Speicheltropfen fliegen bei Wind bis zu sechs Meter weit

Die Wissenschaftler Talib Dbouk und Dimitris Drikakis wiederum haben berechnet, wie weit sich Speicheltropfen bei leichtem Husten verbreiten: ohne Wind nicht weiter als zwei Meter, aber bei Winden von 4 und 15 Stundenkilometern durchaus auch sechs Meter. Zwar nähmen Konzentration und Größe der Tropfen ab, aber womöglich reiche eine Entfernung von zwei Metern nicht aus. Forscher aus Washington analysierten die Ansteckung innerhalb eines Chores und vermuteten, dass die Übertragung einem Abstand von unter zwei Metern geschuldet war. Allerdings macht Kähler klar, dass neben dem Abstand auch zu beachten sei, ob jeweils Hygieneregeln eingehalten wurden oder zum Beispiel Hände geschüttelt und Stühle gemeinsam verrückt wurden.

Weitere Aspekte, die Einfluss auf die Infektionswege haben können, sind etwa die Höhe des Raumes und die Durchlüftung. So rät beispielsweise Kähler, es sollte «einerseits die Luftwechselrate in Zeiten der Pandemie deutlich erhöht werden, andererseits sollte bei einer idealen Raumbelüftung die Luft von unten durch den Boden zugeführt und flächig über die Decke abgesaugt werden».

Im chinesischen Wuhan haben Forscher für eine Studie in Kliniken nach Sars-CoV-2-Erbgut in Aerosolen gesucht. Die Menge sei etwa in belüfteten Patientenzimmern sehr niedrig gewesen, in Toilettenbereichen jedoch höher. An der frischen Luft sei sie nicht nachweisbar gewesen, außer in zwei Bereichen, die zu Überfüllung neigten. Auch Kähler sagt, im Freien bestehe kaum Gefahr. Man atme etwa einen halben Liter Luft aus, der sei schnell verdünnt. Gefährlich werde es, wenn man sich etwa wegen einer Blaskapelle im Hintergrund näher kommt und lauter spricht. Das ist dann aber wieder eine Frage des Abstands.

Wie lange bleiben Tröpfchen in der Luft?

Wie lange eine potenzielle Gefahr besteht, haben Forscher auch schon untersucht: Ein weiteres Team aus den USA hat mit Laserlicht die Lebensdauer kleiner Tröpfchen in der Luft gemessen, die beim Sprechen entstehen. Demnach verschwinden sie in einer geschlossenen Umgebung bei stehender Luft erst nach 8 bis 14 Minuten. Im Fazit heißt es, «dass es eine erhebliche Wahrscheinlichkeit gibt, dass normales Sprechen in beschränkten Umgebungen eine Übertragung von Viren in der Luft verursacht». Laut Scheuch, der eine Firma für Bio-Inhalation führt, könnten sich Aerosole in geschlossenen Räumen sogar über Stunden halten und infektiös sein. Ein Atemstoß enthalte 1000 Teilchen. "Draußen ist die Verdünnung stark, innen sammelt es sich."

Abhilfe soll der Mund-Nase-Schutz schaffen. Allerdings muss man dabei wissen, dass die sogenannten Community-Masken Partikel etwa mit einem Durchmesser bis zu zwei Mikrometern nahezu gar nicht stoppen können, was Kählers Team eindrucksvoll mit Videoaufzeichnungen dargestellt hat. Dennoch hätten die einfachen Masken einen wichtigen Effekt, betont der Professor: "Sie bieten Strömungswiderstand. Anstatt dass man Partikel weit nach außen pustet, halten sie sich nah am Kopf."

Scheuch geht sogar einen Schritt weiter: Weil das Coronavirus nur rund 0,1 bis 0,14 Mikrometer groß sei, reichten nicht mal die sogenannten FFP-Masken. «Die sind für größere Bakterien. Aber so kleine Teilchen lassen sich schlecht filtern.» Schwebstofffilter seien wohl besser geeignet. Aber auch das sei noch zu erforschen.